岩石界面基本内摩擦角测量装置[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 106931913 A(43)申请公布日 2017.07.07

(21)申请号 201710249362.8(22)申请日 2017.04.17

(71)申请人 三峡大学

地址 443002 湖北省宜昌市大学路8号(72)发明人 邓华锋　王伟　张吟钗　张恒宾　

王晨玺杰　肖瑶　方景成　(74)专利代理机构 宜昌市三峡专利事务所

42103

代理人 成钢(51)Int.Cl.

G01B 11/26(2006.01)G01N 19/00(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图5页

(54)发明名称

岩石界面基本内摩擦角测量装置(57)摘要

一种岩石界面基本内摩擦角测量装置，包括机箱，带凹槽的操作台一侧与机箱铰接，操作台

凹槽内的与另一侧与机箱内的顶升机构相配合，

待测岩样相配合的夹样板一侧通过弹簧与凹槽内壁连接，挡板设置于操作台上并与待测岩样相配合；操作台的底板设有条状反射片，操作台的顶面设置有与条状反射片相配合的光源点，挡板顶端设置有感光片，操作台上安装有与光感片相配合的可伸缩光源杆。本发明提供的岩石界面基本内摩擦角测量装置，可以解决测力计误差大的问题，实现在室内简便又准确获取岩石界面或者结构面基本摩擦角。CN 106931913 ACN 106931913 A

权　利　要　求　书

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1.一种岩石界面基本内摩擦角测量装置，包括机箱（1），其特征在于：带凹槽（5）的操作台（2）一侧与机箱（1）铰接，操作台（2）另一侧与机箱（1）内的顶升机构相配合，凹槽（5）内的与待测岩样相配合的夹样板（3）一侧通过弹簧（6）与凹槽（5）内壁连接，挡板设置于操作台（2）上并与待测岩样相配合；

操作台（2）的底板设有条状反射片（16），操作台（2）的顶面设置有与条状反射片（16）相配合的光源点（17），挡板上设置有感光片（9），操作台（2）上安装有与光感片（9）相配合的可伸缩光源杆（8）；

机箱（1）内安装有控制机构（13），控制机构（13）分别与顶升机构、光源杆（8）、感光片（9）连接。

2.根据权利要求1所述的岩石界面基本内摩擦角测量装置，其特征在于：顶升机构中，液压升降机（10）通过进油管(11) 和回油管 (12)与控制机构（13）连接形成液压回路，液压升降机（10）的升降杆（14）的顶端通过过滚轴（15）与操作台（2）连接。

3.根据权利要求2所述的岩石界面基本内摩擦角测量装置，其特征在于：控制机构（13）中，选择开关（25）一端与电源开关（18）以及电源连接，感光片（9）和光源杆（8）之间形成的光控开关（26）与液压升降机（10）的进油回路控制组件（27）电连接后与启动开关（19）电连接，CPU（28）与测试开关（20）电连接，回油回路控制组件（29）与缩回开关（21）电连接，选择开关（25）另一端分别与启动开关（19）、测试开关（20）及缩回开关（21）相配合。

4.根据权利要求1所述的岩石界面基本内摩擦角测量装置，其特征在于：挡板由第一挡板（4a）和错落连接于第一挡板（4a）顶端的第二挡板（4b）组成，感光片（9）设置于第一挡板（4a）的顶端。

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岩石界面基本内摩擦角测量装置

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技术领域[0001]本发明涉及岩石力学试验设备技术领域，尤其是一种岩石界面基本内摩擦角测量装置。

背景技术[0002]在岩石力学及工程技术等领域中，岩体结构面之间摩擦角的力学参数一直以来都是研究者们的关注对象。[0003]目前，对于岩体表面和结构面基本摩擦角的获取主要有两种方法，一种是直接将两块近似平整的岩石简单的用手抬起做倾斜试验，然后大致的目测得出基本摩擦角，通常其结果误差较大不够精确。另一种方法是将岩样放置在标准水平面上，先测出岩样的质量，使用拉力计水平拉动岩样，当岩样开始移动时记录此时的拉力，拉力与岩样质量的比值的反正切角即为岩石界面的基本摩擦角。通常，使岩样开始滑动时的水平拉力是一个瞬时过程，根据测力计测得的水平拉力误差较大，从而导致岩石界面基本内摩擦角测量不准确。[0004]而岩石界面基本内摩擦角通常又是研究人员和工程技术人员很关注的一个力学参数。因此，如何既能简便又准确的获取岩石界面基本内摩擦角参数，已成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种岩石界面基本内摩擦角测量装置，可以解决测力计误差大的问题，实现在室内简便又准确获取岩石界面或者结构面基本摩擦角。[0006]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种岩石界面基本内摩擦角测量装置，包括机箱，带凹槽的操作台一侧与机箱铰接，操作台另一侧与机箱内的顶升机构相配合，凹槽内的与待测岩样相配合的夹样板一侧通过弹簧与凹槽内壁连接，挡板设置于操作台上并与待测岩样相配合；[0007]操作台的底板设有条状反射片，操作台的顶面设置有与条状反射片相配合的光源点，挡板上设置有感光片，操作台上安装有与光感片相配合的可伸缩光源杆；[0008]机箱内安装有控制机构，控制机构分别与顶升机构、光源杆、感光片连接。[0009]顶升机构中，液压升降机通过进油管和回油管与控制机构连接形成液压回路，液压升降机的升降杆的顶端通过过滚轴与操作台连接。[0010]控制机构中，选择开关一端与电源开关以及电源连接，感光片和光源杆之间形成的光控开关与液压升降机的进油回路控制组件电连接后与启动开关电连接，CPU与测试开关电连接，回油回路控制组件与缩回开关电连接，选择开关另一端分别与启动开关、测试开关及缩回开关相配合。[0011]挡板由第一挡板和错落连接于第一挡板顶端的第二挡板组成，感光片设置于第一挡板的顶端。[0012]本发明提供的岩石界面基本内摩擦角测量装置，通过顶升机构向上顶起操作台

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操，倾斜到一定角度后，岩样上半部分将会向前滑动，遮住光信号，顶升机构停止，再控制CPU启动，开始测量，测量完成后，操作顶升机构使得顶升机构缩回，可以解决测力计误差大的问题，实现在室内简便又准确获取岩石界面或者结构面基本摩擦角，操作过程简单。附图说明[0013]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：[0014]图1为本发明的结构示意图；[0015]图2为本发明的主视图；[0016]图3为本发明的俯视图；[0017]图4为本发明顶升机构的示意图；[0018]图5为本发明机箱外表面示意图；[0019]图6为本发明挡板的俯视图；[0020]图7为本发明控制机构部分的电路图；[0021]图8为本发明装置用于计算岩石界面或者结构面基本摩擦角的工作状态示意图。具体实施方式[0022]如图1-7所示，一种岩石界面基本内摩擦角测量装置，包括机箱1，带凹槽5的操作台2一侧与机箱1铰接，操作台2另一侧与机箱1内的顶升机构相配合，凹槽5内的与待测岩样相配合的夹样板3一侧通过弹簧6与凹槽5内壁连接，挡板设置于操作台2上并与待测岩样相配合；[0023]操作台2的底板设有条状反射片16，操作台2的顶面设置有与条状反射片16相配合的光源点17，挡板上设置有感光片9，操作台2上安装有与光感片9相配合的可伸缩光源杆8；[0024]机箱1内安装有控制机构13，控制机构13分别与顶升机构、光源杆8、感光片9连接。[0025]条状反射片16保证了来自机箱1上光源点17发射的光信号在任何高度都可反射回来，控制装置13通过光信号反射回来的时间可计算出操作台2升起的高度。[0026]顶升机构中，液压升降机10通过进油管11和回油管12与控制机构13连接形成液压回路，液压升降机10的升降杆14的顶端通过过滚轴15与操作台2连接。[0027]由于升降杆14在升降过程中，升降杆14的顶端与操作台2会相对滑动接触，为了降低相对滑动过程中的摩擦阻力，进一步在升降柱14的顶端设置有滚轴15。[0028]液压升降机10采用三级升降套结构，机箱1上开设有安装孔23，升降杆14通过安装孔23顶在操作台2上。[0029]控制机构13中，选择开关25一端与电源开关18以及电源连接，感光片9和光源杆8之间形成的光控开关26与液压升降机10的进油回路控制组件27电连接后与启动开关19电连接，CPU28与测试开关20电连接，回油回路控制组件29与缩回开关21电连接，选择开关25另一端分别与启动开关19、测试开关20及缩回开关21相配合。[0030]当光感片9接收到光源杆8的光信号后将开始供油，光信号断开后将停止供油且保持压力不变，闭合缩回开关21后，回油管12才开始回油。[0031]挡板由第一挡板4a和错落连接于第一挡板4a顶端的第二挡板4b组成，感光片9设置于第一挡板4a的顶端。

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CPU28中设置有摩擦角的测量公式数据，并与显示屏22连接，计算结果会在显示屏

22上显示。[0033]操作台2与机箱铰接沿轴线24转动。[0034]进油回路控制组件27、回油回路控制组件29以及CPU均为现有技术中常用的组件。[0035]如图8所示，本发明的工作过程如下：[0036]1、制备包含结构面的岩样，岩样尺寸为100-150毫米之间的方形岩样，在控制机构13内设定水平距离L为光源点17到轴线24的距离。[0037]2、在测试时，先将本发明放置于在水平桌面上，再将试样的下盘7a和上盘7b严格对齐放置在操作台2上，下盘7a居中靠在挡板4a上，用夹样板3将试样下盘7a夹紧，并检测校核试样下盘7a和上盘7b对齐程度。[0038]3、测试前闭合测试开关20，闭合电源开关18，清零显示屏22上的读数，闭合启动开关19，此时光感片9接收到光源杆8发射的光信号，液压升降机10形成闭合回路，升降杆14将会顶起操作台2，当操作台2倾斜到一定角度后。岩样上盘7b将会向前滑动，遮挡住光源信号，光控开关29断开，此时升降杆14将不会再上升。[0039]4、闭合测试开关20，光源点17将发射光信号经过条状反射片16再次接收到光信号根据光源点17接收到光信号的时间可计算出操作台上升高度H，由于水平距离L初始已设定，然后根据三角形正切值可计算出操作台2的倾斜角α，即为需要测量的岩样结构面摩擦角，[0040]计算公式为：α＝arctan(H/L)；[0041]此时的α度数将会显示在显示屏22上，记录。[0042]5、记录后闭合缩回开关21，升降杆将缩回，完成测试。

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图1

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图5

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图8

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